Sistemas distribuídos
Computação móvel e ubíqua
Prof. Diovani Milhorim
Introdução

Paradigmas da computação
Paradigma
 Um
computador para vários usuários
 Mainframes
2° Paradigma
 Um
computador para um usuário
 Computadores Pessoais
3° Paradigma
 Vários
computadores para um usuário
 Computação Ubíqua
Introdução

Computação Móvel
É o paradigma de computação que se
interessa em explorar a conectividade
de
dispositivos que se movem em
torno do mundo físico do dia-a-dia.
Introdução

Computação Ubíqua
É o paradigma de computação que
explora a integração crescente de
dispositivos de computação com o
nosso mundo físico do dia-a-dia.
Introdução




Filosofia criada originalmente no XEROX
PARC ( Palo Alto Reserch Center) por Mark
Weiser
Realidade Virtual X Computação Ubíqua
Especialização dos computadores
Computadores habitando os mais triviais
objetos: etiquetas de roupas, xícaras de café,
interruptores de luz, canetas, etc
Introdução
Computação Ubíqua e Móvel surgiu
devido a miniaturização e conectividade
sem fio.
 A medida que dispositivos se tornam
menores, estamos mais capazes de portálos ao redor de nós ou usá-los, e podemos
embutí-los dentro de muitas partes do
mundo físico.

Introdução

Com a conectividade sem fio se
tornando mais predominante, aumenta a
capacidade para conectar esses novos
pequenos dispositivos a outros, e para
computadores pessoais convencionais e
servidores.
Computação Ubíqua

Mark Weiser [Weiser 1991] cunhou este termo em
1988.

Algumas vezes chamada Pervasive Computing.

Pervasive significa “impregnante”.

Ubiquitous significa “para ser encontrado em todo
lugar”.
Computação Ubíqua
Weiser viu a predominância crescente
de dispositivos de computação,
conduzindo a mudanças revolucionárias
no modo que nós poderíamos usar
computadores.
Computação Ubíqua

Primeiro argumento de Weiser:
“Cada pessoa no mundo utilizaria
muitos computadores”.

A idéia de Weiser:
“uma pessoa, muitos computadores”
Computação Ubíqua

Em computação ubíqua,
“computadores aparecem em quase
tudo, em forma e em função”, não
apenas em número, para acomodar
diferentes tarefas.
Computação Ubíqua



Suponha que tudo em uma sala, a apresentação visual e
superfícies de escrita: quadros de escrever, livros, papéis,
artigos, canetas, sejam substituídos por computadores
com displays eletrônicos.
Os quadros de escrever poderiam ser computadores
para assistir pessoas para desenhar, organizar, e
arquivar suas idéias.
Livros poderiam tornar-se dispositivos que permitem
leitores a buscar seus textos, procurar o significado de
palavras, buscar idéias relacionadas a alguma coisa e ver
conteúdo multimídia através de links.
Computação Ubíqua

Segundo argumento de Weiser
Weiser previu que computadores “desapareceriam”.

Isto reflete a idéia de que computação tornar-se-á
embutida: ítens do dia-a-dia que, normalmente, não
pensamos ter capacidade computacional, passarão a
ter.
Computação Ubíqua
Enquanto a invisibilidade de certos
dispositivos é apropriada – tal como
sistemas de computadores embutidos em
um carro – não é verdade para todos os
dispositivos, particularmente aqueles
que usuários móveis, tipicamente portam,
como um fone celular.
Wearable Computing

Usuários portam dispositivos de computação
ubíqua, relativos a sua pessoa, sobre seu corpo,
anexados a suas roupas ou usados como
relógios, jóias ou óculos.

Funcionalidade especializada.

Freqüentemente operam sem que o usuário
tenha que manipulá-lo.
Wearable Computing

Exemplo: “Active Badge”

Um active badge é um pequeno
dispositivo de computação grampeado ao
usuário que regularmente “broadcasts” a
identidade do usuário associado ao
badge (crachá), via um transmissor de
infra-vermelho.
A room responding to a user wearing
an active badge
2. Infrared sensor detects users ID
Userﾕs ID
3. Display responds
to user
1. User enters room
wearing
active badge
Hello Roy
Infrared
An example of Wearable Computing
Wearable Computing

O sinal do “badge” é para dispositivos no
ambiente para responder as transmissões do
“badge”, e assim acusar (responder) a presença
de um usuário.

Transmissões de infra-vermelho tem um alcance
(range) limitado e assim serão capturadas
somente se o usuário estiver perto.
Wearable Computing


Um display eletrônico pode adaptar à presença
de um usuário, customizando seu
comportamento de acordo a preferências do
usuário.
Por exemplo: Uma sala poderia adaptar o ar
condicionado e iluminação de acordo à pessoa
dentro dela.
Context-aware computing



Computação ciente do contexto
O “active badge” ou as reações de outros
dispositivos a sua presença (o sensor) –
exemplifica Context-aware computing.
Context-aware computing é uma subárea
importante da Computação Ubíqua e Móvel.
Context-aware computing

Onde
sistemas
de
computadores
automaticamente adaptam seu comportamento
de acordo as circunstâncias físicas.

Tais circunstâncias físicas podem ser, em
princípio,
qualquer
coisa
fisicamente
mensurável ou detectável.
Context-aware computing

Tais como, a presença de um usuário, tempo
do dia ou condições atmosféricas.

Algumas condições dependentes são imediatas
para determinar, se é noite, dia do ano e
posição geográfica.

Outras requerem processamento sofisticado
para detectá-las.
Sistemas Voláteis

Do ponto de vista de sistemas distribuídos, não
existe diferença essencial entre computação
ubíqua e móvel ou as sub-áreas introduzidas
(ou mesmo, as sub-áreas não abordadas aqui,
tal como tangible computing.

Tangible Computing [Ishii and Ullmer 1997].
Augmented Reality, como exemplificada por
Wellner’s digital desk [Wellner 1991].

Sistemas Voláteis

Abordamos
um
modelo,
chamado
sistemas voláteis, que compreende as
características essenciais de sistemas
distribuídos de todos eles.

Sistemas Voláteis: certas mudanças
são comuns, ao contrário do que,
excepcionais.
Sistemas Voláteis

O conjunto de usuários, hardware e
software em sistemas ubíquos e
móveis, é altamente dinâmico e
mudanças imprevisíveis.

Um outro nome para esses sistemas é
spontaneous, que aparece na literatura
no termo spontaneous networking.
Sistemas Voláteis

As formas relevantes de “volatilidade” inclui:
 Falhas de dispositivos.
 Links de comunicação.
 Mudanças nas características de comunicação tais
como largura de banda.
 A criação e destruição de associações –
relacionamentos de comunicação lógica – entre
componentes de software residentes nos
dispositivos.
Sistemas Voláteis

O termo “componente” compreende
qualquer unidade de software tais como
objetos ou processos, sem considerar se
eles inter-operam como um cliente ou
servidor ou “peer”.
Sistemas Voláteis

Meios de tratar com mudanças ...
 Processamento
de falhas.
 Operação desconectada.
 Replicação: abordam sobre processamento e falhas
de comunicação sendo a exceção e não regra, e
sobre a existência de recursos de processamento
redundantes.
Sistemas Voláteis

O que é diferente em sistemas de
Computação Ubíqua e Móvel, é que elas
(associações) exibem todas as formas
(mencionadas antes) de volatility (por isso
mudam), devido ao modo que essas são
integradas com o mundo físico.
Sistemas Voláteis

Existe muito a dizer sobre integração
física e como esta causa volatility.

Integração física não é uma propriedade
de sistemas distribuídos, ao passo que
volatility é.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes





São os ambientes dentro dos quais sistemas
voláteis subsistem.
Espaços inteligentes são espaços físicos.
Formam a base para a computação ubíqua e
móvel.
Mobilidade toma lugar entre espaços físicos.
Computação Ubíqua é embutida em espaços
físicos.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Um espaço inteligente contém uma infraestrutura de computação relativamente
estável, podendo conter:
 Computadores
servidores.
 Impressoras.
 Displays.
 Sensores.
 Uma
infra-estrutura de rede sem fio, com
conexão para a Internet.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Existem diversos tipos de movimento que
podem ocorrer em um espaço inteligente:
 Mobilidade
física.
Espaços inteligentes agem como ambientes para
dispositivos que visitam e deixam eles.
 Usuários trazem e partem com dispositivos que
eles portam ou vestem.
 Dispositivos robóticos podem se mover eles
próprios para dentro e para fora do espaço.

Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes
 Mobilidade
lógica.

Um processo ou agente móvel pode se mover
para dentro ou para fora do espaço inteligente, ou
para / de um dispositivo pessoal do usuário.

Um movimento físico de um dispositivo pode
causar um movimento lógico de componentes
dentro dele.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes
 Usuários
podem adicionar dispositivos
relativamente estáticos (tais como media
players) como adições de longo-prazo ao
espaço, e correspondentemente retirar
dispositivos velhos dele.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Exemplo: a evolução de uma smart home cujos
ocupantes variam o conjunto de dispositivos
dentro dele, em um modo relativamente não
planejado durante o tempo.
 Dispositivos
podem ser desligados ou
falhar e, assim, “desaparecerem” de um
espaço.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Appears
Ou um componente de software “aparece”
em um espaço inteligente pré-existente, e
se qualquer coisa é de interesse, torna-se
integrado, ao menos temporariamente,
dentro do espaço, ...
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Desappears
Ou um componente “desaparece” do
espaço, através de mobilidade: porque ele
é simplesmente desligado, ou ele falha.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Pode ou não pode ser possível, para
qualquer componente particular distinguir
dispositivos de “infra-estrutura”, dos
dispositivos “visitantes”.
Sistemas Voláteis – Espaços
Inteligentes

Uma diferença importante que pode surgir entre
sistemas voláteis é a taxa de mudança.

Algoritmos que têm de executar o “appear” ou o
“desappear” de componentes (por exemplo, em
uma smart home), podem ser projetados
diferentemente daqueles,
Sistemas Voláteis – Modelo de
Dispositivo

Um modelo para caracterizar
dispositivos ubíquos e móveis.

Com o surgimento de Computação
Ubíqua e Móvel, uma nova classe de
dispositivos está se tornando parte de
sistemas distribuídos.
Sistemas Voláteis – Modelo de
Dispositivo

Esse dispositivo é limitado em sua
energia e recursos de computação.

Ele pode ter algumas maneiras de se
interfacear com o mundo físico.
 Sensores
(tais como detectores de luz);
 Atuadores (tal como meio de movimento
programável).
Sistemas Voláteis – Modelo de
Dispositivo

Sensores e Atuadores:
Para habilitar sua integração com o
mundo físico, em particular, para torná-lo
ciente de contexto, dispositivos são
equipados com sensores e atuadores.
Sistemas Voláteis – Modelo de
Dispositivo

Sensores:
São dispositivos que medem parâmetros
físicos e suprem seus valores para software.

Atuadores:
São dispositivos controláveis por software
que afetam o mundo físico.
Sistemas Voláteis – Modelo de
Dispositivo

Sensores medem:
 Posição,
 Orientação,
 Carga
(peso),
 Níveis de som e iluminação.

Atuadores incluem:
 Controladores
programáveis para ar
condicionado ou motores.
Sistemas Voláteis –
Conectividade Volátil

É a variação em tempo de execução do
estado de conexão ou desconexão entre
dispositivos, bem como a qualidade de
serviço entre eles.

Conectividade Volátil tem um forte impacto
sobre propriedades de sistemas.
Sistemas Voláteis – Conectividade
Volátil
Dispositivos têm alguma forma de
conectividade sem fio.
 As tecnologias de conexão (Bluetooth,
WiFi, GPRS, ... ) variam em sua largura
de banda nominal e latência, em seus
custos de energia e se existem custos
financeiros para comunicação.

Sistemas Voláteis –
Conectividade Volátil

Desconexão
Desconexões sem fio são, de longe, mais
prováveis do que desconexão cabeada.
Muitos dispositivos são móveis e assim podem
exceder sua distância de operação de outros
dispositivos e encontram radio occlusions entre
eles, por exemplo, diante de edifícios.
Sistemas Voláteis –
Conectividade Volátil

Existe também, a questão de roteamento sem
fio em mutisaltos (multi-hop wireless router)
entre dispositivos.

Em roteamento ad hoc, uma coleção de
dispositivos se comunicam uns com outros sem
“reliance on” (confiar em) qualquer outro
dispositivo: eles colaboram para rotear todos os
pacotes entre eles mesmos.
Sistemas Voláteis –
Conectividade Volátil

Largura de Banda Variável e Latência
Os fatores que podem conduzir a
completa desconexão pode também
conduzir a alta variação de largura de
banda e latência, porque eles acarretam
mudanças nas taxas de erro.